DE3324591A1

DE3324591A1 - Spannungsdetektorschaltung

Info

Publication number: DE3324591A1
Application number: DE19833324591
Authority: DE
Inventors: Masayuki Minamitake; Junji Takada; Satoshi Yokohama Tamegai
Original assignee: Toshiba Components Co Ltd; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE3324591C2; JPS599566A; US4558226A

Description

Henkel, Pfenning, Feller, Hänzel & Meinig Patentanwälte

European Patent Attorneys

- £> - Zugelassene Vertreter vor dem

Europäischen Patentamt

Dr. prul. G. Henkel. München D'pWng. J. Pfenning, Berlin Or. rer nat L. Feiler. München DipHng, W. Hänzei. München

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Oipt.-Phys. KH. Meinig. Berlin

Dr. Ing. A. Butenschon, Benin

v=t 7=x==v-i _Tanan Möhlstra6e37

Kawasaki, Japan D-8000München80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Teiegramme: ellipsoid

Toshiba Component Co., Ltd.
Tokyo, Japan

7. Juli 1983
58P399/wa

SpannungsdetektorSchaltung

Spannungsdetektorschaltung

Die Erfindung betrifft eine Spannungsdetektorschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1; eine solche Spannungsdetektorschaltung dient insbesondere zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, die von einer Eingangsspannung abhängig ist.

Gewöhnlich wird in industriellen Anlagen, die Mikrocomputer, beispielsweise numerische Stellglieder oder Regler, Industrieroboter und dgl. verwenden, eine Spannungsdetektorschaltung benutzt, die einen Eingangsschaltungsabschnitt zur Erfassung einer an einer vorbestimmten Last liegenden Spannung und einen Ausgangsschaltungsabschnitt hat, der mit diesem Eingangsschaltungsabschnitt mittels Opto- oder Lichtkopplung gekoppelt ist, um entsprechend dem Ergebnis einer Spannungserfassung dieses Eingangsschaltungsabschnittes ein Steuersignal zu erzeugen. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer derartigen herkömmlichen Spannungsdetektorschaltung.

Diese Spannungsdetektorschaltung umfaßt einen Eingangsschaltungsabschnitt 2, an dem eine zu erfassende Spannung anlegbar ist, und einen Ausgangsschaltungsabschnitt 4, der mit diesem Eingangsschaltungsabschnitt 2 durch Optokopplung gekoppelt ist. Der Eingangsschaltungsabschnitt 2 hat eine Vollweggleichrichterschaltung 6 zum Gleich-

richten einer an den Eingangsanschlüssen liegenden Ein gangswechselspannung, einen ohmschen Spannungsteiler 8, um die Ausgangsspannung dieser Vollweggleichrichterschaltung zu teilen, und eine Reihenschaltung einer Zenerdiode ZD und einer Leuchtdiode D1, die zwischen den Ausgangsanschlüssen dieser Spannungsteilerschaltung 8 liegt.

Der Ausgangsschaltungsabschnitt 4 umfaß einen pnp-Transistor TR1 mit einem an eine Strom- bzw. Spannungsquelle VC angeschlossenem Emitter und mit einem Kollektor, der geerdet ist oder an einen Stromquellenanschluß VS über einen Widerstand R1 angeschlossen ist, und einen npn-Phototransistor TR2 mit einem Kollektor, der an den Stromquellenanschluß VC über einen Widerstand R2 angeschlossen und mit der Basis des Transistors TR1 über einen Widerstand R3 verbunden ist, und mit einem Emitter, der an den Stromquellenanschluß VS angeschlossen ist.

Dieser Phototransistor TR2 bildet zusammen mit der Leuchtdiode D1 einen Optokoppler.

Wenn eine Wechselspannung mit kleinerer Amplitude als ein vorbestimmter Wert an der Vollweggleichrichterschaltung 6 liegt, dann wird die Zenerdiode ZD ausgeschaltet, und es fließt kein Strom durch die Leuchtdiode D1, so daß die Leuchtdiode D1 nicht aufleuchtet. Somit bleiben die Transistoren TR1 und TR2 nichtleitend, und die Ausgangsspannung zwischen dem Ausgangsanschluß VO und dem Stromquellenanschluß VS wird auf einem niederen Pegel gehalten. Wenn eine Wechselspannung mit einer größeren Amplitude als der vorbestimmte Wert an der Vollweggleichrichterschaltung 6 liegt, wird die Zenerdiode ZD eingeschaltet, so daß ein für eine erfolgreiche Lichtend.ssion ausreichend großer Strom durch die Leucht-

diode D1 fließt. Somit wird der Phototransistor TR2 ab hängig von dem von dieser Leuchtdiode D1 ausgesandten Licht leitend gemacht, und der Transistor TR1 wird ebenfalls leitend gemacht. Daher ist die Ausgangsspannung zwischen dem Ausgangsanschluß VO und dem Stromquellenanschluß VS auf einem hohen Pegel.

Da jedoch die Zenerspannung der Zenerdiode ZD konstant ist, verursacht eine Schwankung der Ausgangsspannung der Spannungsteilerschaltung 8 aufgrund eines Rauschens oder einer ähnlichen Strörung von außen eine Fehlfunktion der Zenerdiode ZD. Wenn beispielsweise bei niedrigerer Ausgangsspannung der Spannungsteilerschaltung 8 als ein vorbestimmter Pegel und ausgeschalteter Zenerdiode ZD eine Rauschspannung zur Ausgangsspannung dieser Spannungsteilerschaltung 8 addiert wird, dann wird die Zenerdiode ZD eingeschaltet, was zu einer Lichtemission der Leuchtdiode D1 führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spannungsdetektorschaltung zu schaffen, die praktisch nicht durch Rauschen beeinflußbar ist, um so einen stabilen Betrieb zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Spannungsdetektorschaltung mit einem Eingangsschaltungsabschnitt einschließlich eines lichtemittierenden Bauelementsund einer Stromversorgungsschaltung zum Einspeisen eines Stromes in dieses lichtemittierende Bauelement abhängig von einer Eingangsspannung und mit einer Hysteresekennlinie bezüglich der Eingangsspannung und mit einem Ausgangschaltungsabschnitt einschließlich eines lichtempfangenden Bauelements, das zusammen mit dem lichtemittierenden Bauelement einen 0 tokoppler bildet, um ein Ausgangssignal abhängig von

dem vom lichtemittierenden Bauelement ausgesandten Licht zu erzeugen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer herrkömmlichen Spannungsdetektorschaltung ,
10

Fig. 2 ein Schaltbild einer Spannungsdetektorschaltung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3A bis 3E Signale zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdetektorschal

tung ,

Fig. 4 eine Eingangs/Ausgangsspannungskennlinie der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung,

Fig. 5 eine Spannungs/Stromkennlinie einer Diode, um zu erläutern, wie eine Einschaltstromänderung eines in der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung zu verwendenden Thyristors den Betrieb dieser Spannungsdetektorschaltung

beeinflußt, und

Fig. 6 eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsdetektorschaltung nach einem Auführungsbeispiel der Erfindung. Diese Spannungsdetektorschaltung hat einen Eingangsschaltungsabschnitt 10, an den eine zu erfassende Spannung anlegbar ist, und einen Ausgangsschaltungsabschnitt 4_>

der durch Optokopplung mit diesem Eingangsschaltungsabschnitt 10 gekoppelt ist. Der Eingangsschaltungsabschnitt 10 umfaßt eine an einer (nicht gezeigten) Last liegende Vollweggleichrichterschaltung 6 zum Gleichrichten einer über diese Last angelegten Wechselspannung, eine ohmsche Spannungsteilerschaltung 8 zum Teilen der Ausgangsspannung dieser Vollweggleichrichterschaltung 6, eine Diode D2 sowie einen Widerstand R4, die (beide) in Reihe zwischen den Ausgangsanschlüssen der Spannungsteilerschaltung 8 liegen, und einen Thyristor SCR sowie eine Leuchtdiode D3, die in Reihe zwischen den Ausgangsanschlüssen der Spannungsteilerschaltung 8 vorgesehen sind. Der Steueranschluß des Thyristors SCR ist über einen Widerstand · R5 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D2 und dem Widerstand R4 verbunden. Die Diode D2 und der Widerstand R4 bilden insbesondere eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Steueranschlusses des Thyristors SCR.

Der Ausgangsschaltungsabschnitt 4 besteht aus Transistoren TR1 und TR2 sowie aus Widerständen R1 bis R3 in ähnlicher Weise wie die in Fig.; 1 dargestellte Schaltung. Der Transistor TR2 ist ein Phototransistor, der zusammen mit der Leuchtdiode D3 einen Optokoppler bildet.

Der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Spannungsdetektorschaltung wird im folgenden anhand der Fig. 3A bis 3E näher erläutert.

Wenn eine in Fig. 3A gezeigte Wechselspannung an der Vollweggleichrichterschaltung 6 liegt, wird eine in Fig. 3B gezeigte gleichgerichtete Spannung von dieser Vollweggleichrichterschaltung 6 erhalten. Die Ausgangsspannung von dieser Vollweggleichrichterschaltung 6 wird durch die Spannungsteilerschaltung 8 geteilt und

dann an die Serienschaltung aus der Diode D2 und dem Widerstand R4 gelegt. Somit wird ein in Fig. 3C gezeigter Ansteuerstrom IG von der AnSteuerschaltung aus der Diode D2 und dem Widerstand R4 in den Steueranschluß des Thyristors SCR gespeist. Wenn die Ausgangsspannung der Spannungsteilerschaltung 8 ausreichend hoch ist und der Ansteuerstrom IG größer als ein Einschaltstrom IGT wird, dann wird der Thyristor SCR eingeschaltet, und ein in Fig. 3 D gezeigter Strom fließt durch den Thyristor SCR. Somit leuchtet die Leuchtdiode D3 auf und bewirkt, daß der Phototransistor TR leitend wird. Folglich fließt ein Strom durch den Transistor TR1 und den Widerstand R1, und eine Ausgangsspannung auf einem hohen Pegel, wie dies in Fig. 3E gezeigt ist, wird vom Ausgangsschaltungsabschnitt 4 erhalten.

Wenn danach die Ausgangsspannung der Spannungsteilerschaltung 8 verringert und der durch den Thyristor SCR fließende Strom kleiner als ein Haltestrom wird, dann wird der Thyristor SCR ausgeschaltet. Folglich unterbricht die Leuchtdiode D3 die Lichtemission und bewirkt, daß der Phototransistor TR nicht leitend wird. Daher wird die Ausgangsspannung des Ausgangsschaltungsabschnittes 4 auf einen niedrigeren Pegel eingestellt, wie dies in Fig. 3E gezeigt ist. Wenn, wie oben erläutert wurde, eine Wechselspannung mit einer höheren Amplitude als ein vorbestimmter Wert in die Vollweggleichrichterschaltung 6 gespeist wird, dann wird ein Impulssignal mit einer Impulsbreite und einer Folgefrequenz entsprechend der Amplitude und der Frequenz der Eingangswechselspannung vom Ausgangsschaltungsabschnitt 4 erhalten.

Wenn in der in Fig. 2 gezeigten Spannungsdetektorschaltung die Amplitude der Eingangswechselspannung den ersten

vorbestinunten Wert erreicht und der Ansteuerstrom IG größer als der Einschaltstrom IGT wird und wenn weiterhin ein Strom, der größer als ein Verriegelungs- bzw. Sperrstrom ist, durch den Thyristor SCR fließt, dann wird dieser Thyristor SCR eingeschaltet gehalten. D.h., nachdem eine Eingangswechselspannung größer als die erste vorbestimmte Spannung würde, wird eine Ausgangsspannung mit einem hohen Pegel vom Ausgangsschaltungsabschnitt 4 gewonnen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Der Thyristor SCR bleibt eingeschaltet, bis die Amplitude der Eingangswechselspannung niedriger als die zweite vorbestimmte Spannung wird, die kleiner als die erste vorbestimmte Spannung ist, und bis der durch den Thyristor SCR fließende Strom kleiner als der Haltestrom wird. D.h., die Beziehung zwischen der Eingangswechselspannung und der Ausgangsspannung hat die in Fig. 4 gezeigte Hysteresekennlinie. Als Ergebnis besteht eine nur geringe Möglichkeit, daß bei ein- oder ausgeschalteten^ Thyristor SCR die Ausgangs spannung der Spannungsteilerschaltung 8 aufgrund eines Rauschens schwankt und dadurch ein Ein- oder Ausschalten des Thyristors SCR hervorgerufen wird.

Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Amplitude der Eingangswechselspannung größer als ein vorbestimmter Wert ist und eine Vorwärts- oder Durchlaßspannung, die höher als das Kontaktpotential ist, an der Diode D2 liegt, dann fließt ein Durchlaßstrom. Wenn dieser Durchlaßstrom größer als der Einschaltstrom IGT ist, wird der Thyristor SCR eingeschaltet. Der Einschaltstrom IGT dieses Thyristors SCR hängt von den jeweiligen Thyristoren ab; beispielsweise zeigt er einen Wert innerhalb eines Bereiches von IGT1 und IGT2. Selbst wenn jedoch in der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdetektor-

schaltung ein Thyristor SCR mit einem unterschiedlichen Einschaltstrom benutzt wird, beträgt die Schwankungsbreite der Amplitude der zum Einschalten dieses Thyristors SCR notwendigen Exngangswechselspannung AV. D.h., selbst wenn in der in Fig. 2 gezeigten Spannungsdetektorschaltung ein Thyristor mit einem unterschiedlichen Einschaltstrom benutzt wird, schwankt die Amplitude der Eingangswechselspannung zum Einschalten dieses Thyristors lediglieh innerhalb eines Bereiches von Av, wodurch in der Praxis der Betrieb der Spannungsdetektorschaltung nicht beeinträchtigt wird.

Oben wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert; selbstverständlich ist die Erfindung aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann, wir dies in Fig. 6 gezeigt ist, ein Widerstand R6 anstelle der Diode D2 benutzt werden. Die in Fig. 6 gezeigte Spannungsdetektorschaltung wird einfach aufgrund einer Änderung des Einschaltstromes IGT des Thytistors SCR im Vergleich mit der in Fig. 2 gezeigten Schaltung beeinflußt. Jedoch wird ein ähnlicher Effekt wie in der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erhalten, da eine Hysteresekennlinie zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung abgeleitet wird, wie diese in Fig. 4 gezeigt ist.

Es kann möglich sein, anstelle der Diode D2 ein einseitig gerichtetes Bauelement zu verwenden, wie beispielsweise mehrere in Reihe geschaltete Dioden, eine oder mehrere in Reihe geschaltete Zenerdioden oder dgl..

Weiterhin kann eine Eingangsgleichspannung an den Eingangsschaltungsabschnitt 10 gelegt werden, in dem die Gleichrichterschaltung 6 weggelassen wird. Bei Bedarf

-Λ ·

kann auch die Spannungsteilerschaltung 8 weggelassen werden.

Claims

Patentansprüche

1. Spannungsdetektorschaltung mit

einem EingangsSchaltungsabschnitt (10) mit einer lichtemittierenden Einrichtung (D3) und einer Strom-

¹^ versorgungseinrichtung zum Einspeisen eines Stromes in die lichtemittierende Einrichtung (D3) abhängig von einer Eingangsspannung, und einem Ausgangsschaltungsabschnitt (4) mit einer lichtempfangenden Einrichtung (TR2), die zusammen mit der lichtemittierenden Einrichtung (D3) einen Optokoppler bildet, und mit einer Signalgeneratoreinrichtung, die mit der lichtempfangenden Einrichtung (TR2) gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal abhängig von dem von der lichtemittierenden Einrichtung (D3) ausgesandten Licht zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Stromversorgungseinrichtung (6, 8, D2, SCR, R4_f R5; 6, 8, D2, SCR, R4 bis R6) so gestaltet ist, daß sie bezüglich der Eingangsspannung eine Hystereseeigenschaft aufweist.

2. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung aufweist:

ein Thyristor (SCR) mit einer Steuerelektrode und

einer Anoden-Kathoden-Strecke, die in Reihe zur lichtemittierenden Einrichtung (D3) liegt, und eine Ansteuerschaltung (D2, R4, R5? R4 bis R6) zum Ansteuern des Steueranschlusses des Thyristors (SCR).

3. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinrichtung weiterhin eine Spannung steuerschaltung (8) hat, um eine Eingangsspannung zu teilen, damit eine geteilte Ausgangsspannung an die Ansteuerschaltung (D2, R4, R5; R4 bis R6) anlegbar ist.

4. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aufweist:

eine Reihenschaltung einer Diodeneinrichtung (D2) und einer ersten Widerstandseinrichtung (R4) und eine zweite Widerstandseinrichtung (R5), die zwischen dem Steueranschluß des Thyristors (SCR) und einem Verbindungspunkt zwischen der Diodeneinrichtung (D2) und der ersten Widerstandseinrichtung (R4) liegt.

5. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aufweist:

eine Reihenschaltung einer ersten und einer zweiten Widerstandseinrichtung (R6, R4) und eine dritte Widerstandseinrichtung (R5), die zwischen dem Steueranschluß des Thyristors (SCR) und einem Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Widerstandseinrichtung (R6, R4) liegt.

6. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aufweist: eine Reihenschaltung einer Diodeneinrichtung (D2) und einer ersten Widerstandseinrichtung^(R4) uijd

eine zweite Widerstandseinrichtung (R5), die zwischen dem Steueranschluß des Thyristors (SCR) und einem Verbindungspunkt zwischen der Diodeneinrichtung (D2) und der ersten Widerstandseinrichtung (R4) liegt.

7. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aufweist: eine Reihenschaltung einer ersten und einer zweiten Widerstandseinrichtung (R6, R4) und eine dritte Widerstandseinrichtung (R5), die zwischen dem Steueranschluß des Thyristors (SCR) und einem Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Widerstandseinrichtung (R6, R4) liegt.

8. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung aufweist:

eine Gleichrichterschaltung (6) zum Gleichrichten einer Eingangsspannung und

eine Spannungsteilerschaltung (8) zum Teilen der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung (6)_/ um eine geteilte Ausgangsspannung an die Ansteuerschaltung (D2, R4, R5; R4 bis R6) zu legen.

9. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Einrichtung eine Leuchtdiode (D3) ist, die abhängig von einem Strom aufleuchtet, der größer als ein vorbestimmter Wert ist und von der Stromversorgungseinrichtung (6, 8, D2, SCR, R4, R5; 6, 8, D2, SCR, R4 bis R6) eingespeist ist, und daß die lichtempfangende Einrichtung eine Phototransistor (TR2) ist, der abhängig von dem von der Leuchtdiode (D3) ausgesandten Licht leitend wird. ■

10. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeneratoreinrichtung aufweist: 5 einen Transistorschalterkreis (R2, R3, TR1), der abhängig von einem durch den leitend gemachten Phototransistor (TR2) fließenden Strom leitend oder nicht leitend gemacht wird, und

eine Widerstandseinrichtung (R1), die in Reihe zum 10 Transistorschalterkreis (R2, R3, TR1) vorgesehen ist.